DE1077458B - Device for analyzing the gas composition in high vacuum systems - Google Patents
Device for analyzing the gas composition in high vacuum systemsInfo
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Description
Vorrichtung zur Untersuchung der Gaszusammensetzung in Hochvakuumanlagen Die deutsche Patentschrift 1026101 betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige von Lecks in Hochvakuumanlagen mittels einer in der Anlage aufrechterhaltenen elektrischen Entladung, bei der eine fotoelektrische Anordnung zur Überwachung des Entladungsleuchtens auf solche Verschiebungen der spektralen Zusammensetzung des Leuchtens anspricht, die auf von außen in das Vakuumgefäß eindringende Gase oder Dämpfe zurückzuführen sind.Device for the investigation of the gas composition in high vacuum systems The German patent specification 1026101 relates to a device for indicating leaks in high vacuum systems by means of an electrical that is maintained in the system Discharge, in which a photoelectric arrangement for monitoring the discharge glow responds to such shifts in the spectral composition of the glow, which can be traced back to gases or vapors entering the vacuum vessel from outside are.
Bei dieser Vorrichtung hat es sich als nachteilig erwiesen, daß die zu untersuchenden Gase oder Dämpfe sich unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes, das die gewünschte Entladung hervorruft, befinden. In this device, it has been found to be disadvantageous that the to be examined gases or vapors under the action of an electric The field that causes the desired discharge.
Hierdurch werden nämlich die in der Entladung erzeugten Ionen auf die Gefäßwand und die Elektroden, von denen das elektrische Feld ausgeht, beschleunigt und dort teilweise adsorbiert, so daß die Zusammensetzung der untersuchten Gase oder Dämpfe nicht immer mit der Zusammensetzung der Gase übereinstimmt, die sich in der Hoehvakuumanlage befindet.This is because the ions generated in the discharge are released accelerates the vessel wall and the electrodes from which the electric field originates and partially adsorbed there, so that the composition of the gases examined or vapors do not always match the composition of the gases that are is in the high vacuum system.
Die Erfindung sucht diesen Nachteil zu vermeiden und gestattet dadurch gleichzeitig, den Anwendungsbereich der Vorrichtung nach dem Hauptpatent zu erweitern, so daß die Untersuchung nicht auf solche Gase und Dämpfe beschränkt zu bleiben braucht, bei denen die vorerwähnte Gasaufzehrung nur geringfügig in Erscheinung tritt. Die Einrichtung nach der Erfindung soll vielmehr für die Untersuchung der Gas-und/oder Dampfzusammensetzung in Hochvakuumanlagen schlechthin verwendbar sein (im folgenden wird der Einfachheit halber nur von Gasuntersuchungen gesprochen).The invention seeks to avoid this disadvantage and thereby allows at the same time, to expand the scope of the device according to the main patent, so that the investigation need not be restricted to such gases and vapors, in which the aforementioned gas consumption occurs only slightly. the Device according to the invention is intended rather for the investigation of the gas and / or Vapor composition can be used in high vacuum systems (in the following For the sake of simplicity, only gas tests are referred to).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Untersuchung der Gaszusammensetzung in Hochvakuumanlagen ist gekennzeichnet durch ein an die Hochvakuumanlage vakuumdicht anzuschließendes Gefäß (Gasuntersuchungsgefäß), durch eine Elektronenquelle, die in das Gasuntersuchungsgefäß Elektronen derart einschießt, daß die Elektronen das in dem Gasuntersuchungsgefäß befindliche Gas zum Leuchten anzuregen vermögen, wobei die Mittel zum Einschießen der Elektronen in das Gasuntersuchungsgefäß derart ausgebildet sind, daß der Gasuntersuchungsraum frei von elektromagnetischen Feldern ist, ferner durch eine fotoelektrische Anordnung zur Ermittlung der Intensität des Gasleuchtens in auswählbaren Spektralbereichen und durch Mittel, die bewirken, das ausschließlich das Gasleuchten auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung zu wirken vermag. The device according to the invention for examining the gas composition in high vacuum systems is characterized by a vacuum-tight to the high vacuum system the vessel to be connected (gas test vessel) by an electron source that injects electrons into the gas test vessel in such a way that the electrons able to excite gas located in the gas test vessel to glow, with the means for injecting the electrons into the gas analysis vessel are designed in this way are that the gas investigation room is free of electromagnetic fields, further by a photoelectric arrangement for determining the intensity of the gas glow in selectable spectral ranges and by means that bring about that exclusively the gas glow on the light-sensitive receiving element of the photoelectric arrangement able to work.
Bei Anwendung dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es also im Gegensatz zu der Vorrichtung nach dem Hauptpatent nicht möglich, daß eine unerwünschte Gas adsorption im Gasuntersuchungsgefäß eintritt, und daher stimmt die Zusammensetzung des untersuchten Gases mit der Zusammensetzung des Gases in der Hochvakuumanlage überein. When using this device according to the invention, it is in the In contrast to the device according to the main patent not possible that an undesirable Gas adsorption occurs in the gas test vessel, and therefore the composition is correct of the examined gas with the composition of the gas in the high vacuum system match.
Um zu vermeiden, daß von der Elektronenquelle ausgehendes Licht auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung zu wirken vermag und hierdurch fehlerhafte Meßergebnisse bewirkt werden, sind geeignete Mittel zur Abschirmung dieses Lichts vorzusehen. Im einfachsten Fall verwendet man allerdings eine Oxydkathode als Elektronenquelle, die derart schwach leuchtet, daß das im Betrieb von ihr ausgehende Glühlicht nicht auf die fotoelektrische Anordnung wirkt. Insbesondere sind hierfür an sich bekannte :E:lektronenquellen mit gesinterter Kathode geeignet. In order to avoid that the light emanating from the electron source on the light-sensitive recording element of the photoelectric arrangement is able to act and thereby erroneous measurement results are caused, are suitable means for Provide shielding of this light. In the simplest case, however, one uses an oxide cathode as an electron source, which glows so weakly that it is in operation Incandescent light emanating from it does not affect the photoelectric arrangement. In particular are known per se: E: electron sources with a sintered cathode are suitable.
Besonders vorteilhaft hat sich hinsichtlich der zu erreichenden hohen Eldftronenstromdichte die Verwendung einer flächenhaften Elektronenquelle erwiesen, der eine Elektronenoptik vorgeschaltet ist, die die aus der Quelle austretenden Elektronen bündelt. It has proven to be particularly advantageous with regard to the high levels to be achieved Electron current density has shown the use of a planar electron source, which is preceded by electron optics, which exit from the source Bundles electrons.
Um das Einwirken des- Leuchtens der - Elektronenquelle auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung zu unterbinden, hat es sich als wirksam erwiesen, dieElektronenquelleauBerhalb des Gasuntersuchungsgefäßes in einem weiteren Vakuumgefäß anzuordnen und beide Gefäße durch einen engen Kanal derart miteinander zu verbinden, daß die von der Elektronenquelle ausgesandten Elektronen durch diesen Kanal in das Gasuntersuchungsgefäß einzuschließen-sind. Dabei wird zweckmäßig das Gasuntersuchungsgefäß allein über diesen engen Kanal und über das Vakuutgefäß, in dem die Elektronenquelle enthalten ist, ausgepumpt. To the effect of the light of the electron source on the light-sensitive To prevent the receiving organ of the photoelectric arrangement, it has been found to be effective proved to be the electron source outside the gas test vessel in another To arrange vacuum vessel and both vessels through a narrow channel in such a way together to connect that the electrons emitted by the electron source through this Channel to be included in the gas detection vessel. This is useful Gas test vessel only over this narrow channel and over the vacuum vessel, in which contains the electron source, pumped out.
Eine einfache Messung des von der fotoelektrischen Anordnung gelieferten elektrischen Stromes, soweit er proportional zur Intensität des ausgewählten Spektralbereiches des Gasleuchtens ist, wird in Ausbildung der Erfindung dadurch ermöglicht, daß das Gasleuchten nur intermittierend erregt wird, so daß also allein der von der fotoeiektrischen Anordnung gelieferte Weçhselstrom zu messen ist und ein etwa durch FremdlichtbewirkterGleichspannungsanteil unterdrückt wird. A simple measurement of that supplied by the photoelectric assembly electric current, insofar as it is proportional to the intensity of the selected spectral range of the gas glow is made possible in an embodiment of the invention in that the Gas lights are only excited intermittently, so that only the photoelectric Arrangement is to be measured and a DC voltage component caused by extraneous light is suppressed.
Um ein derart intermittierendes Gasleuchten zu bewirken, wird die Elektronenquelle an eine Wechselspannung angeschlossen.In order to cause such intermittent gas lighting, the Electron source connected to an alternating voltage.
Vielfach ist es wünschenswert, den Elektronenstrom im Gasuntersuchungsgefäß zu messen, da diesem Elektronenstrom die Intensität des Gasleuchtens annähernd proportional ist. Es ist daher in weiterer Ausbildung der Erfindung in dem Gasuntersuchungsgefäß eine Auffangelektrode für die von der Elektronenquelle ausgesandten Elektronen vorgesehen, an die ein Gerät zur Messung des EIektronenstromes anschließbar ist. In many cases it is desirable to control the flow of electrons in the gas test vessel to measure, since this electron flow is approximately proportional to the intensity of the gas glow is. It is therefore in a further development of the invention in the gas analysis vessel a collecting electrode is provided for the electrons emitted by the electron source, to which a device for measuring the electron current can be connected.
Um die Intensität des Gasleuchtens, das auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung trifft, zu erhöhen, ist die Wand des Gasuntersuchungsgefäßes vorteilhaft mit einer lichtreflektierenden leitfähigen Schicht abgedeckt, die nur den Bereich frei läßt, durch den das von dem Gas ausgesandte Licht auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan trifft. To the intensity of the gas glow that hits the photosensitive The receiving organ of the photoelectric arrangement meets, to increase, is the wall of the Gas examination vessel advantageously with a light-reflecting conductive layer covered, which only leaves the area free through which the emitted by the gas Light hits the light-sensitive receiving organ.
Zur Auswahl des Spektralbereiches des Gasleuchtens, der von dem lichtempfindlichen Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung aufgenommen werden soll, ist zwischen dem Gasuntersuchungsgefäß und dem lichtempfindlichen Aufnahmeorgan in weiterer Ausbildung der Erfindung ein Filter angeordnet, das nur für einen auswählbaren Spektralbereich des von dem Gas ausgesandten Lichts durchlässig ist. Insbesondere hat sich als ein für diesen Zweck geeignetes Filter ein an sich bekanntes - Interferenzverlauffilter erwiesen. To select the spectral range of the gas glow that is caused by the light-sensitive Recording organ of the photoelectric arrangement is to be recorded is between the gas test vessel and the light-sensitive receiving organ in further training the invention arranged a filter that only for a selectable spectral range of the light emitted by the gas is transparent. In particular it has proven to be a A filter suitable for this purpose is a known per se - linear interference filter proven.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Einrichtung, aus dem die wesentlichen Merkmale erkennbar sind; Fig. 2 gibt einen weiteren Schnitt in Richtung II-II durch die Einrichtung nach Fig. 1 wieder. Fig. 1 shows a section through the device according to the invention, from which the essential characteristics can be recognized; Fig. 2 gives a further section in the direction II-II by the device of FIG. 1 again.
Das Gasuntersuchungsgefäß 1 in Fig. 1 ist über einen Stutzen 2 mit einem Dosierhahn 3 verbunden, der zweckmäßig an das Vorvakuumgefäß der Hochvakuumanlage angeschlossen wird, deren Gaszusammensetzung zu untersuchen ist. Die Innenwand des Gasuntersuchungsgefäßes ist mit Ausnahme eines Bereiches 4, durch den das von dem Gas ausgesandte Licht auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan 33 eines Fotovervielfachers 5 fällt, mit einem Platinbelag 6 abgedeckt. Dieser PIatinbelag 6 ist durch Kathodenzerstäubung hergestellt. The gas examination vessel 1 in FIG. 1 is connected via a nozzle 2 connected to a metering valve 3, which is expediently connected to the fore-vacuum vessel of the high-vacuum system is connected, the gas composition of which is to be investigated. The inner wall of the Gas examination vessel is with the exception of an area 4 through which the Gas emitted light on the photosensitive recording member 33 of a photomultiplier 5 falls, covered with a platinum coating 6. This platinum covering 6 is made by cathodic sputtering manufactured.
In das Gasuntersuchungsgefäß 1 ist als Auffangelektrode für die in das Gasuntersuchungsgefäß geschossenen Elektronen ein Faradaykäfig 7 vorgesehen. The gas test vessel 1 is used as a collecting electrode for the in A Faraday cage 7 is provided for electrons shot into the gas test vessel.
Die Elektronenquelle 10 ist außerhalb des Gasuntersuchungsgefäßes 1 in einem weiteren Vakuumgefäß 8 angeordnet; beide Gefäße stehen durch einen engen Kanal 9 miteinander in Verbindung. Als Elektronenquelle 10 dient eine flächenhafte Oxydkathode 11, die von dem Widerstand 12 erhitzt wird. Die Oxydkathode hesteht aus einer bei 900 bis 10000 C im Hochvakuum oder unter Wasserstoffgas gesinterten, vorgepreßten Mischung aus Nickelpulver und Barium- bzw. Strontiumcarbonat im Mischungsverhältnis 3:1. Die Zuführungen 13 und 14 zu dem Widerstand 12 sind durch die Keramikscheibe 15 und über isolierende Durchfüh- rungen 16 und 17, die in einer Keramikscheibe 18 ein--gelassen sind, ins Freie geführt. Die Keramikscheibe 18 schließt das Vakuumgefäß 8 ab. Zwischen derWandung 19 des Vakuumgefäßes 8 und der Keramikscheibe 18 ist daher eine Gummidichtung 20 vorgesehen. The electron source 10 is outside the gas investigation vessel 1 arranged in a further vacuum vessel 8; both vessels stand through a narrow one Channel 9 in connection with each other. A planar electron source is used as the electron source 10 Oxide cathode 11, which is heated by resistor 12. The oxide cathode is there from a sintered at 900 to 10000 C in a high vacuum or under hydrogen gas, pre-pressed mixture of nickel powder and barium or strontium carbonate in the mixing ratio 3: 1. The leads 13 and 14 to the resistor 12 are through the ceramic disk 15 and via insulating bushing stanchions 16 and 17, which are in a ceramic disc 18 are let in, led into the open. The ceramic disk 18 closes the vacuum vessel 8 from. Between the wall 19 of the vacuum vessel 8 and the ceramic disk 18 is therefore a rubber seal 20 is provided.
Zur Bündelung des von der flächenhaften Kathode 11 ausgehenden Elektronenstrahles dient ein Wehneltzylinder 21, der mit der Anode 22 zur Beschleunigung der Elektronen zusammenwirkt. Der Wehneltzvlinder 21 ist auf der Keramikscheibe 15 mittels Stützen 23 befestigt. Seine elektrische Zuleitung 24 geht durch die isolierende Durchführung 25 ins Freie. Entsprechend ist die Kathodenzuführung 26 durch die Durchführung 27 gelegt. Die Anode 22 ist an Trägern 34 befestigt und befindet sich auf Erdpotential. For focusing the electron beam emanating from the planar cathode 11 A Wehnelt cylinder 21 is used, with the anode 22 to accelerate the electrons cooperates. The Wehneltzvlinder 21 is on the ceramic disk 15 by means of supports 23 attached. Its electrical lead 24 goes through the insulating bushing 25 outdoors. The cathode feed 26 is correspondingly through the bushing 27 placed. The anode 22 is attached to supports 34 and is at ground potential.
Das Vakuumgefäß 8 weist einen Ansatzstutzen 28 auf, der an eine. Diffusionspumpe anzuschließen ist. The vacuum vessel 8 has an attachment nozzle 28 which is connected to a. Diffusion pump is to be connected.
Die von der Kathode 11 ausgesandten Elektronen treten durch den Kanal in das Gasuntersuchungsgefäß 1, das frei von elektrischen Feldern ists und erregen das in diesem Gasuntersuchungsgefäß 1 befindliche Gas zum Leuchten. Das aus der Öffnung4 austretende Licht wird durch eine Zylinderlinse 29 gesammelt und durchtritt ein Interferenzverlauffilter 30, das je nach seiner wählbar einzustellenden Lage einen auswählbaren Spektralbereich auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan des Fotovervielfachers 5 fallen läßt. Von diesem Fotovervielfacher 5 führt eine Zuleitung 31 zu einem Verstärker- und Anzeigegerät. The electrons emitted from the cathode 11 pass through the channel in the gas test vessel 1, which is free of electric fields and excite the gas in this gas test vessel 1 to glow. That from the Light emerging from opening 4 is collected by a cylindrical lens 29 and passes through an interference filter 30, depending on its selectable position to be set a selectable spectral range on the light-sensitive recording organ of the photomultiplier 5 drops. From this photo multiplier 5 a lead 31 leads to an amplifier and display device.
Das Gasuntersuchungsgefäß 1 und der Fotovervielfacher 5 sind mit einer lichtdichten Abschirmung 32 umkleidet. The gas test vessel 1 and the photomultiplier 5 are with a light-tight shield 32 encased.
Da das Gasuntersuchungsgefäß 1 über eine Gummidichtung38 mit dem Vakuumgefäß 8 verbutfden ist und dieses Gummi Gas adsorbieren kann, ist diese Gummidichtung 38 von dem eigentlichen Gasuntersuchungsraum 1 durch eine Wand 39 getrennt; der dadurch abgegrenzte Raum 35 wird über die Bohrungen 36 und 37 von der an dem Stutzen 28 angeschlossenen Diffusionspumpe evakuiert. Since the gas test vessel 1 is connected to the Vacuum vessel 8 is connected and this rubber can adsorb gas, this rubber seal is 38 separated from the actual gas examination room 1 by a wall 39; the This delimited space 35 is via the bores 36 and 37 from the one on the nozzle 28 connected diffusion pump evacuated.
PATENTANSPRUCEXE 1. Vorrichtung zur Untersuchung der Gaszusammensetzung in Hochvakuumanlagen mittels einer in der Anlage aufrechterhaltenen elektrischen Entlandung, deren Leuchten durch eine fotoelektrische Anordnung auf solche Verschiebungen der spektralen Zusammensetzung überwacht wird, die auf von außen in das Vakuumgefäß eindringende Gase oder Dämpfe zurückzuführen sind, gekennzeichnet durch ein an die Hochvakuumanlage vakuumdicht anzuschließendes Gefäß (Gasuntersuchungsgefäß), durch eine Elektronenquelle, die in das Gasuntersuchungsgefäß Elektronen derart einschießt, daß die Elektronen das in dem Gasuntersuchungsgefäß befindliche Gas zum Leuchten anzuregen vermögen, wobei die Mittel zum Einschießen der Elektronen in den Gasuntersuchungsraum derart ausgebildet sind, daß der Gasuntersuchungsraum frei von elektromagnetischen Feldern ist, ferner durch eine fotoelektrische Anordnung zur Ermittlung der Intensität des Gasleuchtens in auswählbaren Spektralbereichen und durch Mittel, die bewirken, daß ausschließlich das Gasleuchten auf das lichtempfindliche Aufnahmeorgan der fotoelektrischen Anordnung zu wirken vermag. PATENT CLAIMS 1. Apparatus for studying gas composition in high vacuum systems by means of an electrical that is maintained in the system Discharge, whose glow by a photoelectric arrangement on such displacements the spectral composition is monitored on from the outside in the vacuum vessel penetrating gases or vapors can be attributed, marked by a to the High vacuum system to be connected vacuum-tight vessel (gas analysis vessel) an electron source that injects electrons into the gas analysis vessel in such a way that that the electrons illuminate the gas in the gas test vessel able to stimulate, the means for injecting the electrons into the gas investigation space are designed such that the gas investigation space is free of electromagnetic Fields is, furthermore, by a photoelectric arrangement for determining the intensity of gas luminescence in selectable spectral ranges and by means that cause that only the gas glow on the photosensitive receiving organ of the photoelectric Arrangement is able to work.
Claims (1)
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| DE1077458B true DE1077458B (en) | 1960-03-10 |
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Country Status (1)
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| DE (1) | DE1077458B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0396843A3 (en) * | 1989-05-08 | 1991-08-07 | Leybold Inficon Inc. | Gas partial pressure sensor for vacuum chamber |
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1956
- 1956-01-28 DE DES47266A patent/DE1077458B/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0396843A3 (en) * | 1989-05-08 | 1991-08-07 | Leybold Inficon Inc. | Gas partial pressure sensor for vacuum chamber |
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